煤矿安全监测“入地难”亟待深度破解

2011-10-31 09:31 来源: 科学时报
612 收藏到BLOG

  发生在今年7月2日的广西来宾合山矿难成功救出两名被埋188小时的矿工,创造了矿难救援史上的奇迹。图为救援人员正在进入矿井。 新华社记者黄孝邦/摄

  在各种煤矿事故中,煤与瓦斯突出、冲击矿压、瓦斯爆炸、透水是造成一次性大量人员死亡的主要原因。目前,我国煤矿事故死亡率虽然呈下降趋势,但安全形势仍然堪忧,其中在煤矿灾害预测技术上的突破将发挥重要作用。

  据国家安全生产监督管理总局近日透露,我国前三个季度煤矿事故死亡人数在1760人左右,比去年下降了27.6%。按此降幅,在未来两个月内,如果不发生重特大事故,今年的煤矿事故死亡人数有望下降到2000人以下。

  然而,若未来两个月内发生煤矿事故的概率为零,2011年,我国每天仍有近5人在矿难中丧生,煤炭安全现状仍然堪忧。

  如何有效监测和预防煤矿事故,维护相关人员的生命安全,是我国煤矿开采所要解决的急迫问题。

煤矿安全形势依然严峻

  据统计,我国10月份共发生12起煤矿事故,导致59人死亡,10人失踪。其中,有3起事故死亡人数在10人以上,占当月事故遇难人数的69.5%。

  10月4日,贵州安平煤矿发生煤与瓦斯突出事故,导致17人死亡;

  10月11日,黑龙江省鸡东县金地煤矿发生透水事故,导致13人死亡;

  10月16日,陕西省铜川市耀州区照金镇田玉煤矿井下瓦斯爆炸事故,导致11人死亡。

  或许是偶合,这三起事故正好印证了中国煤炭学会瓦斯地质专业委员会委员、河南理工大学教授刘明举所列举的矿难事故的主要原因。

  “目前,在各种煤矿事故中,煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸、透水是造成一次性大量人员死亡的主要原因。”刘明举对本报记者表示。

  事实上,除了以上三起事故之外,10月27日发生的河南焦作九里山煤矿事故主要原因也已证实为煤与瓦斯突出所导致。目前,该事故已造成8人死亡、10人失踪,搜救工作还在进行中。

  据刘明举介绍,瓦斯与透水是煤矿事故的两大主要原因。其中,瓦斯问题本身并不会产生特别严重的灾害,但是由于煤岩动力灾害导致的瓦斯溢出,往往会造成死伤人数很多的大事故。

  煤岩动力灾害现象是指一切与煤层、岩石等快速破坏并伴随大量能量释放的地质动力现象。地震、滑坡、建筑物岩石混凝土结构的失衡、煤与瓦斯突出等现象均属于动力灾害现象。

  在煤矿事故中,除了煤与瓦斯突出以外,煤岩动力灾害还可以导致冲击矿压、顶板灾害、突水等严重事故。它能在极短的时间内由煤体向巷道或采场突然突出大量的煤炭及涌出大量的瓦斯,或者造成其他大规模的破坏,是一种严重威胁煤矿安全生产的地质灾害。

  “十一五”期间,煤矿事故死亡人数从5000~6000人之间下降到2433人,事故死亡率降低50%。

  “‘进步很大,但是差距不小。’这是对我国煤矿安全现状的评价。如果从纵向发展的角度看,我们的进步很大。但是跟发达国家的事故率相比,跟经济发展与老百姓对煤矿安全的要求相比,我们的安全度还有待提高。”刘明举说。

“狼来了”的故事时有发生
 

  “由煤岩动力灾害引发的煤与瓦斯突出问题仍然是当今世界煤炭开采中所面临的一项技术难题。我国当前在煤岩动力灾害的问题机理、检测技术、防治手段上还存在很多不足之处。”中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室主任窦林铭在接受本报记者采访时强调。

  关于煤岩动力灾害的发生机理,国内外提出很多假说。其中以地应力、 煤层瓦斯、煤的物理力学性质和时间四要素综合作用的流变—突变机理得到大多数煤矿专家的认可。

  从20世纪60年代起,我国就对突出煤层的应力状态、瓦斯赋存状态、煤的物理力学性能等开展了一系列的研究, 提出新的见解和观点。21世纪以来,我国已在煤岩动力灾害预测技术上取得重要成果。

  针对我国地形结构复杂的特点,目前,煤矿开采已经建立了数字地震勘探、无线电波透视等瓦斯地质理论与物探技术相结合的多项技术;开发了具有信息输入、动态管理和空间分析功能的自动化、可视化的瓦斯突出区域预测信息平台;采用电磁波透视技术,成功研制出了探测煤层瓦斯灾害易发区的技术和装备,形成一套适于瓦斯灾害易发区的判识方法。

  为了减少瓦斯爆炸引发的煤矿事故,从20世纪50年代开始,我国就将瓦斯抽放作为治理煤矿瓦斯灾害的重要措施。2002年, 国家煤矿安全监察局制定了先抽后采,以风定产,监测监控的煤矿瓦斯防治方针,强化了瓦斯抽放治理瓦斯灾害的地位。

  “传统测试瓦斯浓度与煤矿灾害的方法是先打钻,然后用流量计测试瓦斯涌出的速度快慢并判断可能引发的事故;现在通过能量辐射技术,在地面上就可以看到矿井中的具体状况。降低了事故发生率。”中煤科工集团沈阳研究院总工程师王魁君告诉本报记者。

  据王魁君介绍,我国目前有1/3的煤炭开采量在技术装备、管理水平、安全水平上都是世界一流的。但是由于我国经济增长对能源需求的压力,还有1/3处于高危险区的煤矿仍必须开采,而美国、欧洲有很多国家已经放弃了这些煤矿。

  半个世纪以来,我国在煤岩动力灾害预防与治理方面已经取得了很大进展,但随着经济社会发展,煤炭需求量不断扩大,我国煤矿开采的深度也逐渐增大,这导致矿井瓦斯喷出量倍增,对当前的监测预防技术形成严峻挑战。

  “到底有没有危险,监测装置在煤矿开采前与开采中的预测时有不准确的情况发生。就像‘狼来了’的故事一样,这种不准确就可能产生心理上的松懈,导致真的‘狼来了’(发生事故)。”刘明举说。

实时监控解决“入地难”

  受地质条件影响,我国煤矿遭受的自然灾害种类较多,涉及开采沉陷地质灾害、滑坡、瓦斯与煤尘爆炸、矿井突水、井筒破裂、采矿废弃物污染和水土流失等。

  “上天容易入地难”,这是煤矿工人都知道的一句话。随着采掘量的增多,煤矿开采深度年均加深了10~20米,这相当于为技术监测又添了一道屏障,增加了“入地”的难度。

  对此,窦林铭认为,未来需要从提高监测监控系统、完善灾害治理措施以及改进生产装备等方面来提高煤矿开采的安全度。

  “目前,监测系统的有效性还不像天气预报一样准确,准确率有待进一步提高。另外,煤矿安全监测又与天气预报不同,在预测之后,它重在采取措施避免灾害的发生。我们在防灾减灾的装备手段与技术方法上提高的空间仍然很大。”窦林铭说。

  据他介绍,未来煤矿安全监测措施主要分为两大板块。一是“区域措施”,即对整个区域的地质机理与安全性进行分析;二是根据具体条件采取的“具体措施”,以提高监测预警的准确程度。

  “无论采取哪一种措施,都要保证全员、全方位、全天候的实时在线监测,做好预测预报工作。”刘明举说。

  为应对采掘过程中的安全问题,我国已从澳大利亚引进煤矿矿井专用避难仓。避难仓配有空气滤清系统、呼吸用气双重供给系统、非电力驱动降温系统和生物技术型卫生间装置,并能同时监控仓内外的瓦斯,可供24名矿工在紧急防爆、防火中生存避险4天。但这种避难仓成本很高,每个工人要花费10万~20万元,推广难度较大。

  窦林铭强调:“通过监测预防措施来减少人员伤亡仍是煤矿安全的首要目标。灾害发生以后,如何把危险降到最低也是迫切需要解决的问题。这些问题的解决需要科技提供更广泛持久的支撑。”

  事故死亡人数占世界的70%

  尽管我国年度煤矿事故死亡人数呈逐年下降趋势,但事故死亡人数却占全世界煤矿死亡总人数的70%左右。

  每天事故死亡218人

  国家安监总局公布的统计数据显示,2010年全国各类生产事故死亡79552人,同比减少3648人,下降4.4%。但平均每天事故死亡218人,伤亡数字依然庞大。

  中型煤炭企业科技贡献率36.2%

  2010年大中型煤炭企业科技贡献率达到36.2%。“十一五”期间,全行业煤炭科技投入1149亿元,占总产值的2.75%。

  煤矿百万吨死亡率0.74%